 上文書講到李林塔爾為人類飛上天空付出了生命的代價。他是當(dāng)時制造滑翔機(jī)的先驅(qū)。他制造的滑翔機(jī)長得非常像一只鳥，早期人類的滑翔機(jī)都是在模仿鳥類的。這種滑翔機(jī)的操控并不靈活。要知道一架飛機(jī)飛在空中，飛機(jī)的姿態(tài)控制就變得非常重要。飛機(jī)可以上下俯仰。左搖右擺。還可以改變飛行方向。就說明飛機(jī)在3個軸線上都是可以旋轉(zhuǎn)的。每個軸線的旋轉(zhuǎn)都起到什么樣的作用？在李林塔爾的時代是根本沒人知道的。 人們通過觀察鳥類，發(fā)現(xiàn)鳥類有個尾巴似乎可以控制飛行姿態(tài)。于是人類也裝上水平尾翼用來控制俯仰。可是如何控制方向呢？一般來講，是用移動重心的辦法來控制，現(xiàn)代的懸掛式滑翔還是采用這種方式。李林塔爾知道可以跟船來學(xué)一學(xué)，安裝一個垂直的尾翼用來穩(wěn)定方向。但是對于飛行器來講，穩(wěn)定性與操控的靈活性是一對矛盾。在李林塔爾的時代，所有的滑翔機(jī)都是追求飛行的穩(wěn)定性的，因此操控性就變得非常差。 李林塔爾的滑翔機(jī)之一，有尾翼，但是無法操控 李林塔爾的影響非常大，當(dāng)時的新聞媒體對李林塔爾做了非常詳盡的報道。李林塔爾也經(jīng)常在報紙雜志上發(fā)表自己的飛行經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時世界上很多的航空先驅(qū)者都跟他有聯(lián)系，比如說美國的蘭利和俄羅斯的茹科夫斯基。茹科夫斯基倡導(dǎo)建立了莫斯科航空技術(shù)學(xué)校，1920年，這個所學(xué)校被改名為紅色空軍工程學(xué)院。1922年改成茹科夫斯基空軍工程學(xué)院。從這所學(xué)校里走出來圖波列夫、米高揚(yáng)、雅克夫列夫，等等一大批人才。他們都是日后蘇聯(lián)著名的飛機(jī)設(shè)計(jì)師。 塞繆爾·蘭利 蘭利相比于茹科夫斯基，就不那么幸運(yùn)了。美國有一個著名的史密松學(xué)會，這個學(xué)會是一系列博物館和研究機(jī)構(gòu)的集合組織，這個組織包括19座博物館，9座研究中心，美術(shù)館，以及國家動物園。蘭利是美國的天文學(xué)家，物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家，也是航空先驅(qū)。他曾經(jīng)擔(dān)任過史密松博物館的館長。也是史密森學(xué)會的第3任秘書長。1890年他創(chuàng)辦了史密松天體物理臺。1896年的5月6號，蘭利在華盛頓附近的波托馬克河上進(jìn)行了無人飛機(jī)模型的實(shí)驗(yàn)。這個小飛機(jī)是從一艘船上彈射起飛的，飛行了大概半英里，這次飛行被認(rèn)為是航空史上第一次出現(xiàn)了比空氣重的飛行器靠自己的動力飛行，它不是滑翔。 蘭利的飛機(jī)不成功 既然不載人的模型獲得了成功，蘭利當(dāng)然就希望能夠更進(jìn)一步。也就是研究載人的飛機(jī)。他從史密松學(xué)會弄了2萬美元，從美國政府那里弄來了5萬美元。有了錢以后，他就開始去制造載人的飛機(jī)。就在這時候，他聽說美國有另外一組人馬也在制造比空氣重的飛行器。他跟人家聯(lián)系，人家婉言謝絕，人家不想把自己的秘密透露給他。后來蘭利在波托馬克河上的飛行試驗(yàn)經(jīng)歷了好幾次失敗，飛機(jī)掉到水里，飛行員命大，被人救上來，好在沒出人命。 當(dāng)時新聞媒體和輿論都對蘭利非常的不友好。說白了就是開足馬力，把蘭利罵了個狗血噴頭。估計(jì)這個蘭利臉皮比較薄，所以他1906年就去世了。后來，還是柯蒂斯從水里面把他的飛機(jī)殘骸撈了起來。然后修修補(bǔ)補(bǔ)，裝了個大馬力的發(fā)動機(jī)，這一次倒是試飛成功了。所以蘭利實(shí)在是太悲催了。他離成功就僅僅只差一步，可以說是臨門一腳的功夫欠佳。他不是那個幸運(yùn)兒。運(yùn)氣落到了另外一組人馬的頭上。這另外一組人馬就是萊特兄弟。世界公認(rèn)的飛機(jī)發(fā)明者，航空史上的里程碑。 弟弟奧威爾·萊特、哥哥威爾伯·萊特 但是從蘭利與他們聯(lián)系被拒絕這件事兒也看得出來，他們私心蠻重的，也挺想吃獨(dú)食，他們的技術(shù)秘訣是一點(diǎn)兒都不想透露給別人。那么萊特兄弟到底掌握了什么樣的技術(shù)秘密呢？這就跟他們的職業(yè)自行車有著非常強(qiáng)的聯(lián)系，他們兩個是開自行車鋪?zhàn)拥摹Ｒ溃孕熊囈彩且粋€非常有意思的東西。為什么自行車靠兩個輪子就能夠維持穩(wěn)定呢？自行車的原理一點(diǎn)兒都不簡單，這涉及到了牛頓力學(xué)里面非常有意思的一部分剛體動力學(xué)。 自行車能夠保持穩(wěn)定其實(shí)是一個動態(tài)平衡的結(jié)果。那么萊特兄弟從自行車這里學(xué)到了什么奧秘呢？來個兄弟發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)的姿態(tài)控制跟自行車是有類似之處的。飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎跟左搖右擺之間是有關(guān)聯(lián)的。騎自行車都有類似的經(jīng)驗(yàn)，你往左拐彎的時候，身體一定是往左傾斜的，你往右拐彎的時候身體右傾斜的，飛機(jī)也是如此。過去的飛行器完全把飛機(jī)當(dāng)作船一樣在駕駛，他們認(rèn)為只要尾巴后面有一個垂直的方向舵就可以控制飛機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)際上這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以過去的滑翔機(jī)非常難操控。 李林塔爾就是靠移動身體的重心來操控飛機(jī)的姿態(tài)的。可是你在空中你很難靠重心的改變?nèi)ゲ倏匾患軝C(jī)翼特別大的飛機(jī)。你那點(diǎn)移動對于一架機(jī)翼特別大的飛機(jī)來講是微不足道的。可是要讓非常重的飛機(jī)能夠依靠自己的動力飛上藍(lán)天，機(jī)翼面積就不能小。所以萊特兄弟就必須找到其他的操控方式。他們一連幾個小時躺在草地上，觀察著天空中飛翔的鳥。鳥類是不可能依靠移動重心來改變自身姿態(tài)的，它們是怎么操控飛行的呢？ 奧秘就應(yīng)該在它們的翅膀之上。到最后萊特兄弟發(fā)現(xiàn)，鳥類是通過改變兩只翅膀的角度來完成盤旋的。也就是兩側(cè)翅膀的角度是不一樣的，一邊角度高一點(diǎn)，產(chǎn)生的升力大一點(diǎn)，另一邊產(chǎn)生的升力小一點(diǎn)，那么身體自然而然就歪過來了，也就可以配合著轉(zhuǎn)彎了。萊特兄弟設(shè)計(jì)了一個巧妙的裝置，能夠使得他們制造的機(jī)翼發(fā)生扭曲。這也就起到了跟老鷹翅膀類似的作用。 萊特兄弟設(shè)計(jì)的機(jī)翼扭曲裝置 萊特兄弟制造飛機(jī)模型做了很多次測試，而且還修正了李林塔爾的一些計(jì)算上的錯誤。盡管李林塔爾是他們心目中的偶像，但是也不能迷信前人的成果。盡管如此，飛行總是要擔(dān)風(fēng)險的，他們做滑翔試驗(yàn)總是免不了磕磕碰碰，甚至是摔下來。為了改善操控性，萊特兄弟在飛行器的前邊設(shè)置了一對水平舵，用來控制飛機(jī)的俯仰姿態(tài)。如今我們常見的飛機(jī)都是放在尾巴上的，這叫常規(guī)布局，水平舵放在前面的布局通常被稱為鴨式布局。這個名字到底怎么來的，眾說紛紜。但是世界上第一架飛機(jī)就是采用的鴨式布局。 操控飛機(jī)姿態(tài)的這個問題似乎是解決了，他們要開始解決下一個問題，那就是機(jī)翼的面積不夠的問題。他們想到了用兩層翅膀。也就是雙翼機(jī)。雙翼機(jī)有著非常大的機(jī)翼面積，但是尺寸并不大。這也就使得飛機(jī)便于操控。 在俄亥俄州的代頓做了很多次測試之后，他們決定找一個更大更合適的地方，而且風(fēng)要穩(wěn)定。畢竟飛行試驗(yàn)不是玩命冒險。他們特別去詢問了美國的氣象局。氣象局給他們的資料表明，北卡萊羅納州的基蒂霍克是個不錯的地方。基蒂霍克的沙灘有1英里寬，60英里長，也沒有有樹木和山丘，飛行最好是沒有障礙物。即便摔下來，沙地也能確保安全，不至于摔得很慘。那里沒有旅館和房子可住，好在當(dāng)?shù)貪O民都很熱情，郵局局長也歡迎他們?nèi)ァＫ麄冏疖噥淼礁ゼ醽喼莺＿叄缓笞チ吮笨ㄖ莸幕倩艨恕Ｔ诤Ｉ嫌龅斤L(fēng)暴，他們都被吹得一塌糊涂，是歪歪斜斜到達(dá)目的地的。經(jīng)歷了多次的滑翔調(diào)試，他們決定嘗試載人滑翔。他們基本上獲得了成功，滑翔距離只有李林塔爾的一半。不過飛機(jī)的操控性得到了驗(yàn)證。 大哥威爾伯駕駛滑翔機(jī)降落在沙灘上 最后，他們離開的時候，滑翔機(jī)就留在了當(dāng)?shù)貨]帶走，骨架都是木頭的，給人家當(dāng)了柴火，機(jī)翼的蒙皮是比較好的絲綢，估計(jì)就給當(dāng)?shù)貪O民的孩子做了上衣。兄弟倆飛行的留空時間也就3分鐘，而不是他倆期盼的幾個小時。于是他們就打道回府了。他們回家要去造更大的飛機(jī)，這個試驗(yàn)品的尺寸還不夠大。 后來，他們的新飛機(jī)在北卡州的海邊又測試了很多次，他們發(fā)現(xiàn)機(jī)翼截面的形狀并不合適，但是他們也沒有一手的資料。回到代頓以后，他們把各種各樣的機(jī)翼安裝在自行車前面，然后騎著車在街上飛快的行駛。萊特兄弟就是依靠這樣的方法對各種各樣的機(jī)翼形狀進(jìn)行測試的。他們的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)越來越多。而且他們飛行滑翔的次數(shù)也很多，飛行高度甚至超過了李林塔爾。也遇上好幾次飛機(jī)幾乎就要失速栽下來，好在鴨式飛機(jī)不太容易發(fā)失速的情況，每次他們都化險為夷。
要說萊特兄弟還真是幸運(yùn)，他們誤打誤撞的使用了鴨式布局。一般來講，飛機(jī)的機(jī)翼仰角變大，升力會變大，阻力也會變大。但是超過一定角度升力會突然減小，于是飛機(jī)就栽下來了。鴨式布局的好處是升降舵在前面，升降舵的角度一般比主機(jī)翼要大一些，飛機(jī)的姿勢整體上仰的話，升降舵先發(fā)生失速，于是升降舵的升力會變小，飛機(jī)頭往下一低，恰好沒超過主機(jī)翼的失速角度。飛機(jī)也就可以恢復(fù)正常的姿態(tài)。后來，萊特兄弟給飛機(jī)后邊裝上了方向舵。但是操縱面的增多也使得飛行員手忙腳亂，完全顧不過來。萊特兄弟討論了好久，最后決定把機(jī)翼的扭曲和方向舵聯(lián)合起來控制，解決了手忙腳亂的問題。
萊特兄弟的發(fā)動機(jī)（1910年版） 剩下的最后一個問題就是，他們需要一臺大馬力的發(fā)動機(jī)，而且這臺發(fā)動機(jī)必須重量非常輕，結(jié)構(gòu)非常緊湊。市面上根本就買不到。最后他們決定自己造，他們的自行車鋪?zhàn)樱怯羞@個能力造一臺發(fā)動機(jī)的。最后他們制造了一臺12馬力的發(fā)動機(jī)。當(dāng)時汽油發(fā)動機(jī)并不難搞。雜志上都刊登過汽油機(jī)的圖紙，用一般的車床就能制造。 萊特兄弟真正的麻煩是沒有螺旋槳。當(dāng)時所有的螺旋槳都是針對船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)的，主要的作用是劃水。19世紀(jì)中期，大部分的蒸汽船就開始改用螺旋槳了。此前最流行的推進(jìn)方式是用明輪船，兩個大輪子在船的兩邊劃水。1845年英國皇家海軍做了一個測試。找了兩條大小完全一樣的船，蒸汽機(jī)的馬力也是一樣大的。一艘叫阿萊克托號，用的是明輪推進(jìn)。另外一艘名叫嘎吱號，用的是螺旋槳推進(jìn)。兩條船背對背用繩子拴好，展開了一場拔河比賽。結(jié)果是用螺旋槳的嘎吱號，倒拽著阿萊克托號以2.5節(jié)的速度行駛。后來兩條船比速度，又是螺旋槳船贏了。從此螺旋槳就奠定了自己的江湖地位。
萊特的飛機(jī)螺旋槳 但是萊特兄弟需要的是在空氣中能夠工作的螺旋槳。這種螺旋槳的構(gòu)造與船用的在水里工作的螺旋槳完全不是一碼事。那么他們該怎么辦呢？這也難不倒兄弟倆，他們把螺旋槳當(dāng)作旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼來對待。最后他們搞出一個兩米多長的螺旋槳葉片，是用3層云杉木做成的，效率非常高。 等到一切都準(zhǔn)備的差不多了，恰好碰上蘭利來詢問他們的進(jìn)展。萊特兄弟頓時感到壓力山大，因?yàn)樘m利比他們有錢。蘭利可以動用美國政府給的5萬美元和史密松學(xué)會給的2萬美元。萊特兄弟制造的飛機(jī)花了差不多1000美元。萊特兄弟第一次知道原來還有競爭對手存在。好在蘭利的試驗(yàn)并不算成功。萊特兄弟算是松了一口氣。他們把飛機(jī)所有的零部件打包，托運(yùn)到了北卡羅萊納州的海灘上，在那里搭帳篷作為飛機(jī)庫和維修車間。因?yàn)椋鲞@種測試不是一天兩天就能搞定的事情。整個秋天，他們都在進(jìn)行著適應(yīng)性的訓(xùn)練。冬天來臨了，持續(xù)的壞天氣使他們沒法兒進(jìn)行飛行，而且零部件還出現(xiàn)了損壞。競爭對手蘭利也在一次一次做著飛行實(shí)驗(yàn)，無奈這個人實(shí)在是倒霉催的，每次試驗(yàn)都不太成功。最后弄得輿論嘩然，公眾覺得國家不該資助這種沒有希望的事兒。 與此同時，萊特兄弟正規(guī)縮在帳篷里，躲避著嚴(yán)寒的天氣，他們把所有的衣服都穿在身上，還是覺得冷。他們盼望年底能有個好天氣，盡管也沒剩下幾天。他們測試了發(fā)動機(jī)，工作良好，每分鐘旋轉(zhuǎn)315轉(zhuǎn)。他們把飛機(jī)裝起來，去測試滑行導(dǎo)軌是不是靈。他們的這架飛行者號飛機(jī)根本就沒有起落架，也就是說沒有輪子。他們造了一個長長的滑行軌道，里面是有輪子的。飛機(jī)從滑行軌道上起飛。降落的話就直接在沙灘上降落。現(xiàn)在最重要的就是等好天氣到來。 1903年12月14號，這天恰好是星期一，這天的風(fēng)非常小，也非常柔和。萊特兄弟終于等到了他們急需的好天氣，他們決定下午就來試一試。那么到底誰來擔(dān)任駕駛員呢？咱們下回再說。 |
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